JPH06511353A - Solder film reflow method for forming solder bumps on circuit traces - Google Patents
Solder film reflow method for forming solder bumps on circuit tracesInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 半田バンプを回路トレース上に形成する半田被膜のりフロ一方法 技 術 分 野 本発明は、半田バンプを有する(solder−bumped)回路トレースを 、プリント回路基板などの上に形成する方法に関する。さらに具体的には、本発 明は、回路トレース上にデポジション(depos日)された薄い半田被膜をリ フロー(reflow) L、半田を集め合流させて半田バンプを形成する段階 によって構成される前記方法に関する。[Detailed description of the invention] Solder film glue flow method for forming solder bumps on circuit traces Technical field The present invention provides solder-bumped circuit traces. , relates to a method of forming on printed circuit boards and the like. More specifically, Lighting removes the thin solder film deposited on the circuit traces. Flow (reflow) L, the stage of collecting and merging solder to form solder bumps The method is comprised of:
背 景 技 術 微小電子パッケージの製造において、集積回路部材は、半田バンプの相互接続に よって、プリント回路基板の上に搭載されることが知られる。この目的のため、 回路基板は、誘電基板上に配置される銅の回路トレースを含む。部材を搭載する ために、半田バンプを、部材上の接合パッドに付着するには、通常、予め成形し た半田合金の微小球をバッドの上に置き、加熱して半田をリフローする。バンプ を有する部材は、予め定められた位置でバンプがトレースにのるように、回路基 板と共に組み立てられる。このアッセンブリが加熱されて半田をリフローし、冷 却して半田が再び固まると、半田はすぐにトレースおよび部材のバッドと結合し て、部材を回路基板と物理的に結合させ、また部材をトレースと電気的に接続し て部材との間で電気信号を伝達して処理するようにする。Background technique In the manufacture of microelectronic packages, integrated circuit components are used for solder bump interconnections. Therefore, it is known to be mounted on a printed circuit board. For this purpose, The circuit board includes copper circuit traces disposed on a dielectric substrate. Load parts To attach solder bumps to bond pads on components, they are typically preformed. A solder alloy microsphere is placed on top of the pad and heated to reflow the solder. bump The component with the Assembled with board. This assembly is heated to reflow the solder and cooled. When the solder hardens again, it quickly bonds to the traces and pads of the component. to physically couple the component to the circuit board and to connect the component electrically to the traces. electrical signals are transmitted and processed between the components.
半田バンプの相互接続の形成では、さらに多くの半田を供給して相互接続を形成 するために、半田バンプをその付着位置でトレースに適用することが提案されて きた。また周知のように、プリント回路基板に半田を施すには電気メッキが便利 である。しかしながら、電気メッキは、その位置で大きな塊を提供する半田バン プとは対照的に、全体に均一な被膜を作る。このため、回路トレース上の指定さ れた場所で半田バンプを実行するための改良された方法が依然必要である。Forming solder bump interconnects delivers more solder to form interconnects It is proposed to apply a solder bump to the trace at its attachment location in order to came. Also, as is well known, electroplating is convenient for applying solder to printed circuit boards. It is. However, electroplating does not require solder bumps that provide large clumps at that location. Creates a uniform coating over the entire surface, as opposed to Therefore, the specified value on the circuit trace There remains a need for improved methods for performing solder bumps in exposed locations.
発 明 の 開 示 本発明は、を田バンプ回路トレースを形成する方法を意図しており、この方法は 、半田合金の薄い被膜をトレース上にデポジションする段階、および半田合金を リフローしてバンプを形成する段階を含む。Demonstration of invention The present invention is directed to a method of forming bump circuit traces, which method comprises: , depositing a thin film of solder alloy onto the trace, and depositing the solder alloy on the trace. The step includes reflowing to form a bump.
本発明の一つの側面において、トレースは、第1線形セクシヨン、およびセクシ ョン間の角度が45度から135度になるように、交差部分において第1セクシ ヨンと交差するように配置される第2線形セクシヨンによって構成される。第1 トレース・セクションは、全体に均一な輻(通常500ミクロン未満で、50か ら150ミクロンが望ましい)を有する。第2トレース・セクションは、全体に 均一な輻を有し、これは第1セクシヨンの輻と等しい輻または異なる輻でよく、 これも通常500ミクロン未満で、50から150ミクロンが望ましい。In one aspect of the invention, the trace includes a first linear section and a first linear section. the first section at the intersection so that the angle between the sections is between 45 degrees and 135 degrees. a second linear section arranged to intersect the yon. 1st The trace section has a uniform convergence (typically less than 500 microns, (preferably 150 microns). The second trace section is has a uniform radius, which may be equal to or different from the radius of the first section; This is also typically less than 500 microns, preferably between 50 and 150 microns.
本発明の別の側面において、半田バンプは端子上に形成され、端子は予め定めら れた幅を有する線形ランナ・セクションと接続された広域パッドを含む構成を有 する。ランナの幅は、500ミクロン未満が適切であり、50から150ミクロ ンが望ましい。広域パッドは、ランナの輻と平行に測定された輻が、ランナの輻 を上回る。In another aspect of the invention, the solder bumps are formed on the terminals, and the terminals are predetermined. The configuration includes a wide area pad connected to a linear runner section with a do. A runner width of less than 500 microns is suitable, with a width of 50 to 150 microns. preferred. A wide area pad has a radius measured parallel to the runner's radius. exceed.
いずれにせよ、トレースは、半田濡れ性を有する金属(最も一般的には銅)で形 成される。リフローの前、トレースは予め、半田合金によって構成され、均一な 厚さを有する薄い外側の被膜を含む。その後、トレースが加熱されて半田層を溶 融すると、驚くべきことに、半田合金が交差部分または広域パッドに集まって所 望のバンプを形成することが認められる。好適な実施例では、半田層は、電気メ ッキによって、約10から25ミクロンの厚さでデポジションされ、またリフロ ーされて、40ミクロンを上回る高さく60から80ミクロンが望ましい)を有 するバンプを形成する。In any case, the traces are formed of a metal (most commonly copper) that has solderability. will be accomplished. Before reflow, the traces are pre-constructed with solder alloy and uniformly It includes a thin outer coating with a thickness. The trace is then heated to melt the solder layer. When melted, the solder alloy surprisingly collects at intersections or large area pads. It is recognized that the desired bump can be formed. In a preferred embodiment, the solder layer is an electrical Deposited to a thickness of approximately 10 to 25 microns by with a height greater than 40 microns (preferably 60 to 80 microns). form a bump.
本発明のさらなる側面におし)て、プリント回路基板を製造する方法が提供され る。この方法;よ、誘電基板上(二銅被膜を施し、ついでその被膜にフオトリ゛ ノグラフイ・ツク(pholol目hographic) ・マスクなどを施す 段階を含む。マスクは、トレース部分の銅を露出させる開口部を画定するが、ト レースに隣接する領域の銅被膜Iよ被覆する。マスクを施した銅被膜は、溶解し たスズイオンと鉛イオンを含有する電気メツキ槽に浸漬し、陰極(ニ)くイアス を力1&すて、露出した銅の上にスズおよび鉛を同時番ニデポジションして(c odepos口)薄い半田被膜を形成する。その1表、マスクを除去し、プレー トを銅のエツチング液に浸漬する。半田コーティングは、その下のトレースの銅 を保護する一方、エツチング液は、露出した銅をエツチングしてトレースを画定 する。ついでトレースが加熱さtL、半田を1ノフローシノ(ンプを形成する。In a further aspect of the invention, a method of manufacturing a printed circuit board is provided. Ru. This method: First, a dielectric substrate (copper coating) is applied, and then a photolithography is applied to the coating. Applying a mask, etc. Contains stages. The mask defines an opening that exposes the copper in the trace area, but Coat the area adjacent to the race with copper coating I. The masked copper coating will dissolve. The cathode is immersed in an electroplating bath containing tin ions and lead ions. 1 and then deposit tin and lead at the same time on the exposed copper (c Form a thin solder film. Part 1, remove the mask and play Immerse the plate in copper etching solution. The solder coating has copper traces underneath it. while the etching solution etches the exposed copper to define the trace. do. The traces are then heated for a period of time to form one solder bump.
したがって、本発明は、半田)くンプを回路トレース上(こ形成するのに便利な 方法を提供する。)(ンプlよ、薄l、1半田被膜によって形成されるので、メ ッキ時間力(短縮される。Therefore, the present invention provides a convenient way to form solder bumps on circuit traces. provide a method. ) (Since it is formed by a thin solder film, the time force (reduced).
また半田被膜は、リフロー前はエツチング・マスクの1受口を果たすという利5 屯を有し、一つのフォト1〕゛ノグラフイ・ツク・マスクのみを使用して回路ト レースを画定し、半田をデポジションできる。半田は薄り)被膜としてデポジシ ョンされるが、にも拘らず、トレース力(その?麦カロ熱されて半田合金を溶融 すると、半田が合流して、使用(たとえば、半田バンプの相互接続により部材を 付着する)に充分な質量のバンプを形成する。In addition, the solder film has the advantage of serving as an etching mask port before reflow. circuit board using only one photo1 photo mask. Lace can be defined and solder can be deposited. The solder is thin) and is deposited as a film. However, the trace force (that?) is heated and melts the solder alloy. The solder then joins and is used (for example, to connect parts by interconnecting solder bumps). form a bump of sufficient mass to
図面の簡単な説明 本発明は、添付図を参照することによりさらに明確化される。Brief description of the drawing The invention will be further clarified by reference to the accompanying drawings, in which: FIG.
図1は、本発明により半田バンプを形成するのに採用される回路トレースを示す 、プリント回路基板の部分的平面図である。FIG. 1 shows the circuit traces employed to form solder bumps according to the present invention. , a partial top view of a printed circuit board.
図2は、リフロー以前の半田被膜・トレースを示す、線2−2で切断した図1の プリント回路基板の断面図である。Figure 2 is a diagram of Figure 1 taken along line 2-2 showing the solder coating/trace before reflow. FIG. 2 is a cross-sectional view of a printed circuit board.
図3は、半田被膜をリフローしてバンプを形成した後の、図2の回路トレースの 断面図である。Figure 3 shows the circuit trace of Figure 2 after reflowing the solder film to form the bumps. FIG.
図4は、本発明により半田バンプを形成する回路トレースの代替的実施例を示す 、プリント回路基板の部分的平面図である。FIG. 4 shows an alternative embodiment of circuit traces forming solder bumps according to the present invention. , a partial top view of a printed circuit board.
図5は、本発明により半田バンプを形成する回路トレースのもう一つの実施例を 示す、プリント回路基板の部分的平面図である。FIG. 5 shows another embodiment of circuit traces forming solder bumps according to the present invention. FIG. 2 is a partial plan view of the printed circuit board shown.
図6は、本発明により半田バンプを形成する回路トレースのさらに別の実施例を 示す、プリント回路基板の部分的平面図である。FIG. 6 shows yet another embodiment of circuit traces forming solder bumps according to the present invention. FIG. 2 is a partial plan view of the printed circuit board shown.
図7は、本発明1こより半田バンブを上に形成する端子を示す、プリント回路基 板の平面図である。FIG. 7 shows a printed circuit board showing terminals on which solder bumps are formed from Invention 1. It is a top view of a board.
図8は、半田リフロー以前の端子を示す、線2−2で切断した図1のプリント回 路基板の断面図である。Figure 8 shows the printed circuit of Figure 1 cut along line 2-2 showing the terminal before solder reflow. It is a sectional view of a road board.
図9は、半田合金をリフローしてバンプを形成した後の、図2の端子の断面図で ある。Figure 9 is a cross-sectional view of the terminal in Figure 2 after reflowing the solder alloy to form bumps. be.
図10は、本発明にしたがってプリント回路基板上に形成された半田バンプを示 す電子顕微鏡写真である。FIG. 10 shows solder bumps formed on a printed circuit board according to the present invention. This is an electron micrograph.
図11は、本発明による半田バンプの形成に適する代替的構成を有するプリント 回路基板上の端子の斜視図である。FIG. 11 shows a print having an alternative configuration suitable for forming solder bumps according to the present invention. FIG. 3 is a perspective view of terminals on the circuit board.
図12は、本発明による半田バンプの形成に適するさらに別の構成を示す、プリ ント回路基板上の端子の斜視図である。FIG. 12 shows yet another configuration suitable for forming solder bumps according to the present invention. FIG. 3 is a perspective view of a terminal on the component circuit board.
発明を実施するための最良の形態 第1の好適な実施例では、図1から図3を参照すると、本発明の方法を採用して 、半田バンブ回路トレース12を有するプリント回路基板10を形成する。プリ ント回路基板lOは誘電基板14によって構成され、誘電基板はFR4カードと いう種類のもので、エポキシ樹脂およびガラス繊維層によって構成される。基板 14は、回路トレース12が付着される平坦な主表面16を有する。本発明の特 徴を分かりやすくするため、回路基板10は、図では一部のみを示し、図示され た領域は、全体のわずがな部分しか構成しておらず、回路トレース12は、電気 信号を伝達して処理するため、回路基板の他の領域上にも伸びると解する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In a first preferred embodiment, referring to FIGS. 1 to 3, the method of the present invention is employed. , forming a printed circuit board 10 having solder bump circuit traces 12 . Puri The component circuit board IO is constituted by a dielectric substrate 14, and the dielectric substrate is connected to the FR4 card. It is composed of epoxy resin and glass fiber layers. substrate 14 has a planar major surface 16 to which circuit traces 12 are attached. Features of the present invention For clarity, only a portion of the circuit board 10 is shown in the figure and may not be shown. The area covered only constitutes a small portion of the total, and the circuit trace 12 It is understood that they extend over other areas of the circuit board to transmit and process signals.
本発明に従って、回路トレース12は、第1線形セクシヨン18および第2線形 セクシヨン20(それぞれ、約1゜0ミクロンの全体に均一な輻を有する)によ って構成される。セクション18.20は、全体を22で示す交差部分において 交差するように、またセクション間の角度が直角、すなわち90度をなすように 、表面16上に配置される。In accordance with the invention, circuit trace 12 includes a first linear section 18 and a second linear section 18. Section 20 (each with uniform convergence throughout approximately 1°0 microns) It is composed of Section 18.20 at the intersection indicated generally at 22 so that they intersect and the angle between the sections is a right angle, i.e. 90 degrees. , located on the surface 16.
図2を参照すると、本発明の方法に従って、回路トレース12は当初、同一の広 がりを有する2つの金属層24゜26によって形成される。層24は基板表面1 6に直接接して置かれ、電気信号を伝達するのに役立つ電気伝導率の高い金属の 銅によって形成される。銅層24は、電気メッキされたスズ/鉛半田合金によっ て構成される薄い層26によってコーティングされる。Referring to FIG. 2, in accordance with the method of the present invention, circuit traces 12 are initially It is formed by two metal layers 24 and 26 with edges. Layer 24 is the substrate surface 1 A metal with high electrical conductivity that is placed in direct contact with 6 and helps transmit electrical signals. Formed by copper. The copper layer 24 is formed by an electroplated tin/lead solder alloy. coated with a thin layer 26 consisting of
プリント回路基板10は、銅被膜をパターン化してトレース12を画定する段階 、交差するセクション18.20を含む段階、半田をトレース上に電気メッキす る段階によって製造される。したがって、最初に銅メッキが誘電基板14に施さ れて、表面16を完全に被覆する。このため、この被膜は、トレース12の層2 4を形成する領域、およびトレース12周辺の隣接領域を含む。適切な銅メツキ 回路基板は商業的に入手が容易であり、約17ミクロンの厚さを有する銅被膜を 特徴とする。この銅被膜に感光性のポリマー材料の被膜が施され、これに選択的 な照射を行ってポリマーを現像し、フォトレジスト・マスクを形成する。Printed circuit board 10 is manufactured by patterning the copper coating to define traces 12. , step 18.20 containing intersecting sections, electroplating solder onto the traces. It is manufactured by following steps. Therefore, copper plating is first applied to the dielectric substrate 14. to completely cover surface 16. This coating therefore covers layer 2 of trace 12. 4 and adjacent areas around trace 12. Appropriate copper plating The circuit board is commercially available and has a copper coating approximately 17 microns thick. Features. This copper coating is then coated with a photosensitive polymer material that selectively irradiation to develop the polymer and form a photoresist mask.
このマスクは約25ミクロンの厚さであり、トレース周辺の銅メツキ領域を被覆 し、トレース部分の層24が露出される開口部を画定する。This mask is approximately 25 microns thick and covers the copper plating area around the traces. and defines an opening through which layer 24 of the trace portion is exposed.
マスクを施した回路基板は、スズ/鉛メツキ液に浸漬し、陰極にバイアスをかけ て、露出しな銅トレース上に半田合金をデポジションする。適切なメッキ槽は、 その水1リットル当りの組成が、スズ56.3グラム(フルオロホウ酸化第1ス ズ濃縮液として添加)、鉛26.3グラム(フルオロホウ酸化鉛濃縮液として添 加)、フルオロホウ酸99゜8グラム、ホウ酸26.3グラム、および液体ペプ トン19.5グラムである。マスクを施した回路基板は、スズ/鉛の対向′IL 極から間隔をおいて離されて、周囲温度のメッキ浴に浸漬される。銅メッキに電 位が印加されて、対向電極に対して銅に負バイアスをかけ、金属のスズと金属の 鉛を、露出した銅表面上に同時にデポジション(codepos ir)する。The masked circuit board is immersed in a tin/lead plating solution and the cathode is biased. then deposit the solder alloy onto the exposed copper traces. A suitable plating tank is Its composition per liter of water is 56.3 grams of tin (stannic fluoroborate). 26.3 grams of lead (added as a lead fluoroborate concentrate), 26.3 grams of lead (added as a lead fluoroborate concentrate), ), 99°8 grams of fluoroboric acid, 26.3 grams of boric acid, and liquid Peptide The weight is 19.5 grams. The masked circuit board has a tin/lead opposing 'IL. Spaced apart from the pole, it is immersed in a plating bath at ambient temperature. Electrolyte on copper plating A potential is applied to negatively bias the copper with respect to the counter electrode, and the metal tin and metal Lead is simultaneously codeposited onto the exposed copper surface.
トレース周辺の不要の銅を除去する前に、銅被膜上にデポジションする形でスズ /鉛をメッキする一つの利点は、とぎれのないメッキによって、均一な電気的デ ポジション(elec+rodeposit)を作るように、メッキ流を容易に 配分できることである。その結果得られるメッキは、約40パーセントが鉛、残 りはスズによって構成され、約20ミクロンの厚さを有する。メッキの厚さはマ スクの厚さより薄いことが望ましいので、メッキは、トレースの上の開口部に限 られ、マスク表面までは伸びていない。Tin is deposited on top of the copper film before removing unwanted copper around the traces. /One advantage of plating lead is that the uninterrupted plating allows for uniform electrical conductivity. Easy plating flow to create position (elec+rodeposit) It is something that can be allocated. The resulting plating is approximately 40% lead, with the remainder being lead. The plate is constructed of tin and has a thickness of about 20 microns. The thickness of the plating is Plating should be limited to the opening above the trace, as it should be thinner than the trace. and does not extend to the mask surface.
メッキの後、回路基板はアルカリ溶液に浸漬して、フォトレジスト・マスクを剥 離させ、これにより半田コーティングされたトレースの周辺の銅メツキ領域を露 出させる。After plating, the circuit board is immersed in an alkaline solution to remove the photoresist mask. This exposes the copper plating area around the solder coated traces. Let it come out.
回路基板は、ベルオキソニ硫酸アンモニウムを含む銅エツチング水溶液の中に浸 漬し、その抜水ですすぐ。エツチング液は露出した銅を除去する。しかしながら 、スズ/鉛合金は、エツチング液の腐食に対して耐性があり、マスクの働きをし て、その下の銅トレースを保護する。このように、トレース周辺から不要の銅が 除去されて、図2に示す半田メッキを施したトレースの製造を完了し、トレース は、均一で薄い半田被膜26でコーティングされた銅被膜24を特徴とする。The circuit board is immersed in an aqueous copper etching solution containing ammonium peroxonisulfate. Soak and rinse with water. The etchant removes the exposed copper. however , the tin/lead alloy is resistant to the corrosion of etching solutions and acts as a mask. to protect the copper traces underneath. In this way, unnecessary copper is removed from around the trace. The traces are removed to complete the manufacture of the solder plated traces shown in Figure 2. features a copper coating 24 coated with a uniform, thin solder coating 26.
二層トレース12を有するプリント回路基板は、加熱されて半田をリフローし、 所望のバンプを交差部分22上に形成する。イソプロピル・アルコールの触媒中 のアミン塩酸基(amine hydrochloride)およびアミン、° ヒドロブロマイド(amine hydrobromide)によって構成され るフラックスが、半田被膜表面に適用される。回路基板は、250℃の高温のポ リオキシアルキレン・グリコール槽の中に15秒間浸漬される。浸漬の間、半田 合金が溶融しリフローして、諸セクションから交差部分22へと半田を引き寄せ 、これにより図3に示すバンプ3oを形成することが肥められた。リフロー後、 残留半田被膜32がセクション18.20上に残るが、この厚さは当初の被膜と 比較して大幅に薄くなる。バンプ30は40ミクロンを超える高さを有する(6 0から80ミクロンが望ましい)。このため、バンプ30は、半田バンプの相互 接続を形成して、電気部材をプリント回路基板lOに付着するのに特に適する。The printed circuit board with double layer traces 12 is heated to reflow the solder; A desired bump is formed on the intersection 22. In isopropyl alcohol catalyst amine hydrochloride and amine, ° Composed of amine hydrobromide A flux is applied to the solder coating surface. The circuit board is exposed to a hot point of 250℃. Immerse in the lyoxyalkylene glycol bath for 15 seconds. During dipping, solder The alloy melts and reflows, drawing solder from the sections to the intersection 22. This facilitated the formation of the bump 3o shown in FIG. After reflow, A residual solder coating 32 remains on section 18.20, but its thickness is different from that of the original coating. significantly thinner in comparison. Bump 30 has a height of more than 40 microns (6 0 to 80 microns is preferred). For this reason, the bumps 30 are similar to the solder bumps. It is particularly suitable for making connections and attaching electrical components to printed circuit boards IO.
図1に示す実施例では、セクション18.20は交差部分22から不確定な長さ で伸びる。この配置は、交差部分22に付着される部材と、電気回路の別の部分 との間で、バンプ30を使用して、電気信号を伝達できるようにするのに特に有 利である。しかしながら、本発明の方法は、両方の線形セクションが電気回路の 能動リードであるようなトレースに限定されず、一つのセクションだけが回路に 接続される場合に半田バンプを交差部分に作るのに採用できる。In the embodiment shown in FIG. It grows. This arrangement allows the member attached to the intersection 22 and another part of the electrical circuit to It is particularly useful for allowing electrical signals to be transmitted between the bumps 30 and It is advantageous. However, the method of the present invention requires that both linear sections of the electrical circuit It is not limited to traces that are active leads, only one section is in the circuit. It can be employed to create solder bumps at the intersections when connected.
図4を参照すると、プリント回路基板50は、本発明の方法により半田バンプを 上に形成するのに適する代替的構成を有する回路トレース52によって構成され る。トレース52は、図1の基板14と同様の平坦な誘電基板54の上に配置さ れる。トレース52は、直角a゛で交差する交差部分(全体を60で示す)を形 成する第1線形セクシヨン56および第2線形セクシヨン58によって構成され る。Referring to FIG. 4, a printed circuit board 50 is provided with solder bumps according to the method of the present invention. circuit traces 52 having alternative configurations suitable for formation thereon; Ru. Traces 52 are placed on a flat dielectric substrate 54 similar to substrate 14 of FIG. It will be done. The traces 52 form an intersection (generally designated 60) that intersects at a right angle a. a first linear section 56 and a second linear section 58. Ru.
この実施例において、線形セクション56は、回路基板50上の遠隔の電気機能 と接続して、交差部分60との間で電気信号を伝達しあうための能動リードを提 供するために、図4に示す領域を越えて長く伸びる。しかしながら、第2セクシ ヨン58は短くなっており、リード56を通じた接続を介する以外には、電気回 路と接続しない。図4に示すように、トレース52は、基板54に直に接する銅 層と、薄い均一のスズ/鉛半田の電気メツキ被膜によって構成される。すなわち 、トレース52は、銅層をパターン化し、図2と同様の条件で薄い半田被膜を電 気的にデポジションした後であるが、半田合金のりフロー前を示す。その後、ト レース52は、たとえば、熱油浴に浸漬することにより加熱されて、外側の半田 被膜を溶融し、その結果、溶融した半田が、隣接するセクションから交差部分6 0の上に集められて、半田バンプを形成する。In this embodiment, linear section 56 is connected to a remote electrical function on circuit board 50. and provides an active lead for transmitting electrical signals to and from the intersection 60. In order to serve the purpose, it extends beyond the area shown in FIG. However, the second sex Yon 58 is shortened so that no electrical circuit is connected other than through the connection through lead 56. Do not connect to road. As shown in FIG. 4, trace 52 is a copper layer and a thin, uniform electroplated coating of tin/lead solder. i.e. , trace 52 is made by patterning the copper layer and electrically depositing a thin solder film under conditions similar to FIG. This figure shows after chemical deposition but before solder alloy glue flow. Then The race 52 is heated, for example by immersion in a hot oil bath, to remove the solder on the outside. The coating is melted so that the molten solder flows from the adjacent section to the intersection 6. 0 to form solder bumps.
バンプを形成するのに充分な溶融合金が得られる場合、リフローの間に形成され るバンプのサイズは、主に溶融合金の表面張力によって決定され、隣接するセク ションの長さとは無関係である。このため、同等の輻を有する線形セクションの 場合、図4のトレース52の交差部分60において形成されるバンプのサイズは 、図1のトレース12の交差部分22において形成されるバンプに等しいと考え られ、セクション58から集まる金属の量の不足を補うため、必要に応じてセク ション56からさらに溶融金属が集められる。If enough molten alloy is available to form a bump, it will be formed during reflow. The size of the bump is determined primarily by the surface tension of the molten alloy and It is independent of the length of the session. For this reason, for linear sections with equivalent convergence, 4, the size of the bump formed at the intersection 60 of the traces 52 in FIG. , considered equal to the bump formed at the intersection 22 of trace 12 in FIG. section 58 as necessary to make up for any shortfall in the amount of metal collected from section 58. Further molten metal is collected from section 56.
図5を参照すると、本発明のさらに別の実施例では、プリント回路基板70は、 本発明によりバンプ交差部分を形成するのに適する7字トレース72を含む。ト レース72は誘電基板74に付着され、第1セクシヨン76を含む。Referring to FIG. 5, in yet another embodiment of the invention, printed circuit board 70 includes: It includes a figure 7 trace 72 suitable for forming bump intersections in accordance with the present invention. to Race 72 is attached to dielectric substrate 74 and includes a first section 76 .
第1セクシヨン76は、電気回路の能動リードとして働くべく、回路基板70上 の他の電気機能と遠隔で接続するために長く伸びる。トレース72はさらに、交 差部分82においてトレース・セクション76と交差する短いセクション78. 80によって構成される。セクション76.78゜80は、隣あうセクション間 の角度a”が120度になるように、交差部分82を中・し・に等角に配置され る。トレー、772は、リフロー前を示したもので、基板74に直に接する下の 銅層、および図2のトレース12と同様のスズ/鉛半田合金の均一で薄い電気メ ッキによって構成される。The first section 76 is mounted on the circuit board 70 to serve as an active lead for an electrical circuit. Extends to connect remotely with other electrical functions. Trace 72 also includes A short section 78 . intersects trace section 76 at difference section 82 . 80. Section 76.78°80 is between adjacent sections are arranged equiangularly with the intersection 82 in the center so that the angle a'' of is 120 degrees. Ru. The tray 772 is shown before reflow, and the lower tray directly in contact with the substrate 74 is shown before reflow. Copper layer and a uniform, thin electrical metal layer of tin/lead solder alloy similar to trace 12 in Figure 2. It is composed of
その後、トレースが加熱されて外側の半田被膜を溶融し、その結果、交差部分8 2において半田が合流して半田バンプを形成する。この実施例において、2つの 短いセクション78.80は、バンプの形成のために毛管作用によって集まる、 交差部分82と隣接する部分の半田の量を増加する。The traces are then heated to melt the outer solder coating, resulting in the intersection 8 2, the solder joins to form a solder bump. In this example, two The short sections 78.80 come together by capillary action to form a bump. The amount of solder in the area adjacent to the intersection 82 is increased.
図6は、本発明により半田バンプを形成するのに適するトレース構成のさらに別 の実施例を示す。プリント回路基板90は、トレース94が付着された誘電基板 92によって構成される。トレース94は、能動リードとして働くべく、電気回 路の遠隔の機能と接続するために長く伸びる第1線形セクシヨン96によって構 成される。またトレース94は、全体を104で示す交差部分においてたがいに またセクション96と交差する3つの短い線形セクション98.100,102 を含む。セクション96,98,100.102は、隣あうセクション間が直角 をなすように、交差部分104を中心に等角で配置される。トレース94は、リ フロー前の初期メッキ状態を示し、これは基板92と直に接する下の銅層、およ び各セクションの上に置かれた均一の厚さの外側の半田電気メッキによって構成 される。FIG. 6 shows yet another trace configuration suitable for forming solder bumps in accordance with the present invention. An example is shown below. Printed circuit board 90 is a dielectric substrate with traces 94 attached. 92. Trace 94 is connected to an electrical circuit to act as an active lead. constructed by a first linear section 96 extending long to connect with remote features of the road. will be accomplished. The traces 94 also intersect with each other at the intersection indicated by 104. Also intersecting section 96 are three short linear sections 98, 100, 102. including. Sections 96, 98, 100, and 102 are at right angles between adjacent sections. They are arranged equiangularly around the intersection 104 so as to form the following. Trace 94 is The initial plating state before flow is shown, which shows the underlying copper layer in direct contact with the substrate 92, and and a uniform thickness of outer solder electroplating placed on top of each section. be done.
その後、トレース94は、たとえば、油浴の中に浸漬することにより加熱されて 半田被膜をリフローし、その結果、半田は、毛管作用によってセクション96, 98,1.00゜102から集められて、交差部分104で合流して半田バンプ を形成する。図6の実施例は、隣あうセクションが、好適とされる直角をなすよ うに配置される一方で、交差部分104と隣接する部分の半田の量を増加させる という点で、特に利点がある。The trace 94 is then heated, for example by immersing it in an oil bath. Reflow the solder coating so that the solder flows through sections 96 and 96 by capillary action. 98, 1.00° are collected from 102 and merge at the intersection 104 to form a solder bump. form. The embodiment of Figure 6 is designed so that adjacent sections form a preferred right angle. while increasing the amount of solder in the portion adjacent to the intersection portion 104. There are particular advantages in this respect.
これまで述べた実施例において、半田バンプの驚異的な形成が、回路トレースの 第1線形セクシヨンと第2線形セクシヨンとの交差部分において発生することが 認められた。In the embodiments described so far, the incredible formation of solder bumps is shown in the circuit traces. What happens at the intersection of the first linear section and the second linear section Admitted.
この方法は、回路トレースの設計に通常採用されるような、500ミクロン未膚 0幅を有するセクションでの使用に特に適する。セクション輻は約50から15 0ミクロンが望ましい。上記の実施例では、バンプを形成するのに、等しい輻の セクションを利用い旨しかしながら、たとえば、電気回路の他の設計上の考慮条 件に対応するため、必要に応じて異なる輻を有するセクションも採用できる。リ フロー中のバンプ形成に対する最適条件は、セクション間の角度が直角をなす配 置にすることによってもたらされると考えられる。しかしながら、適切なバンプ を形成する条件は、セクション間の角度が約45度から135度の範囲に存在す る。This method uses a 500 micron subsurface Particularly suitable for use in sections with zero width. Section convergence is approximately 50 to 15 0 micron is desirable. In the above embodiment, equal convergence is used to form the bump. However, other design considerations of electrical circuits, e.g. Sections with different convergence can be adopted as necessary to accommodate various conditions. Li The optimal condition for bump formation during flow is an arrangement in which the angles between the sections are right angles. It is thought that this is brought about by placing it in a certain position. However, proper bump The condition for forming is that the angle between the sections is in the range of about 45 degrees to 135 degrees. Ru.
本発明の別の実施例では、図8から図10を参照すると、本発明の方法を採用し て、複数の半田バンプ端子を有するプリント回路基板110を形成し、半田バン プの相互接続によって集積回路のグイ部材を搭載する。プリント回路基板110 は、図1から図3の回路基板10と同様の誘電基板112によって構成される。In another embodiment of the invention, referring to FIGS. 8-10, the method of the invention is employed. to form a printed circuit board 110 having a plurality of solder bump terminals, and The components of the integrated circuit are mounted by interconnecting the integrated circuits. printed circuit board 110 is constituted by a dielectric substrate 112 similar to the circuit board 10 of FIGS. 1 to 3.
回路基板110はさらに、複数の端子セクション116を含み、これらセクショ ンは、基板112の平坦な表面に付着され、隣接する露出領域114に囲まれる 。本実施例にしたがって、各端子116は、線形ランナ・セクション120と接 続される広域の円形端子−パノド118によって構成される。ランナ・セクショ ン120は、円形パッド118から放射状に伸びて、全体に均一の輻W(約10 0ミクロンが望ましい)を有する。好適な実施例では、端子パッド118は、約 150ミクロンの直径Wを有する。Circuit board 110 further includes a plurality of terminal sections 116, each of which has terminal sections 116. The electrodes are attached to the planar surface of the substrate 112 and surrounded by adjacent exposed areas 114. . In accordance with this embodiment, each terminal 116 connects with a linear runner section 120. It is constituted by a wide area circular terminal-panod 118 connected to the terminal. runner section The rings 120 extend radially from the circular pad 118 and have a uniform radius W (approximately 10 (preferably 0 microns). In a preferred embodiment, terminal pad 118 is approximately It has a diameter W of 150 microns.
図8を参照すると、本発明の方法により、各端子セクション116は当初、同一 の広がりをもつ2つの金属層122.124によって構成される形で作られる。Referring to FIG. 8, according to the method of the present invention, each terminal section 116 is initially identical. It is made up of two metal layers 122 and 124 having an extent of .
層122は基板112に直に接して置がれ、電気信号を伝達するのに役立つ電気 伝導率の高い金属の銅によって形成されるのが望ましい。銅層122は、薄い層 124によってコーティングされ、響124は電気メッキされたスズ/鉛の半田 合金によ・って構成されるのが望ましい。プリント回路基板110の製造は、図 1から図3に示す工程を利用して、銅被膜をマスキングしてトレースを画定する 段階、マスクを除去して周辺の銅を露出させる段階、および露出された銅をエツ チングする段階によって行われ、その結果、半田被膜は、トレースを画定するマ スクの働きをする。Layer 122 is placed in direct contact with substrate 112 and is an electrical layer that serves to transmit electrical signals. Preferably, it is made of copper, a metal with high conductivity. The copper layer 122 is a thin layer Hibiki 124 is electroplated tin/lead solder. Preferably, it is composed of an alloy. The manufacturing of the printed circuit board 110 is shown in FIG. Mask the copper film to define the traces using the steps shown in Figures 1 through 3. step, removing the mask to expose the surrounding copper, and etching the exposed copper. This is done by a step of tinting, so that the solder film is It acts as a screen.
当初形成されたプリント回路基板は、トレースの上に置かれる均一な薄い半田被 膜によって構成され、この回路基板が加!l!l、されて半田をリフローし所望 のバンプを形成する。The originally formed printed circuit board has a uniform thin solder coating placed over the traces. Consisting of a film, this circuit board is added! l! l, then reflow the solder as desired form a bump.
回路基板は、250℃の高温のポリオキシアルキレン・グリコール槽に15秒間 浸漬される。浸漬の間、半田合金が溶融しリフローして線形ランナ・セクション 120がら半田を集めて、端子パッド118上に半田を蓄積し、これにより図9 に示すバンプ124を形成することが認められた。The circuit board was placed in a polyoxyalkylene glycol bath at a high temperature of 250°C for 15 seconds. immersed. During dipping, the solder alloy melts and reflows into the linear runner section. 120 to accumulate the solder on the terminal pad 118, which causes the solder in FIG. It was observed that the bump 124 shown in FIG.
リフロー後、残留半田被膜126がランナ120上に残留するが、その厚さは元 の被膜と比較して大幅に薄くなる。After reflow, a residual solder film 126 remains on the runner 120, but its thickness is It is significantly thinner than the film of
図10は、本実施例にしたがって形成された、端子上の半田バンプの電子顕微鏡 写真である。銅トレースからのバンプの高さは約60ミクロンだった。このため 、バンプは、半田バンプ相互接続を形成して、電気部材をプリント回路基板に付 着するのに特に適すると考えられた。FIG. 10 shows an electron microscope of a solder bump on a terminal formed according to this example. It's a photo. The bump height from the copper trace was approximately 60 microns. For this reason , the bumps form solder bump interconnects to attach electrical components to printed circuit boards. It was considered particularly suitable for wearing.
したがって、本実施例は、銅トレースの端子パッド上に半田バンプを作る半田リ フローの方法を提供するものである。このリフロ一方法は端子パッドを含むトレ ースを画定するためにわずか一つのフォトレジスト・マスクしか必要としない。Therefore, this example uses solder paste to create solder bumps on the terminal pads of copper traces. It provides a flow method. This reflow method uses a tray containing terminal pads. Only one photoresist mask is required to define the space.
また、この方法は、半田を電気メッキによりデポジションして、その後、トレー スのエツチング中マスクとして使用できる。この方法は、隣接セクションから半 田を集めてパッド上に合流させる状態を作り出すことによって、半田ストップの 使用を回避する。またこの方法は、比較的薄い被膜をデポジションし、これをリ フローしてバンプ形成のため所望の塊にすることによりメッキ時間を短縮する。This method also involves depositing the solder by electroplating and then depositing the solder on the tray. Can be used as a mask during etching. This method allows you to By creating a condition where the solder is collected and merged onto the pad, the solder stop is avoid use. This method also deposits a relatively thin film, which can then be reused. Plating time is reduced by flowing into the desired mass for bump formation.
特定の理論には限定されないが、リフロー中のバンプの驚異的な形成は、端子の 個々の構成に起因する。端子は比較的幅の狭いランナと接続された広域パッドを 特徴とし、リフローの間、溶融した半田を、毛管作用により隣接ランナからバッ ド上に集めるのに有効である。端子の設計では、リフローの間、所望のバンプ・ サイズにするのに充分な半田を集める一方で、必要な半田被膜の厚さを最小限に するために、パッドの輻に対するランナの輻の比率を最適化することが望ましい 。ここでいうランナの幅とは、広域パッドと直接隣接する部分のランナ・セクシ ョンの幅をさし、一方、パッドの輻とは、ランナの幅と平行に測定されたパッド の最大寸法をさす。この方法は、回路トレースの設計に一般に採用されるような 、約500ミクロン未満の幅を有するランナに使用するのに特に適するように考 えられる。ランナの輻は、約50から150ミクロンが望ましい。バンドの輻、 すなわち、前記円形パッドの直径は、少なくとも隣接するランナの幅の少なくと も1.2倍というのが、適切なバンプを形成するのに充分な半田を集める点で効 果的である。パッドの幅はランナの輻の約1.2から2.0倍が望ましい。Although not limited to any particular theory, the incredible formation of bumps during reflow is due to the Due to individual configuration. The terminal has a wide area pad connected to a relatively narrow runner. During reflow, molten solder is buffered from adjacent runners by capillary action. It is effective for collecting on the board. The terminal design ensures that the desired bumps and bumps are maintained during reflow. Minimize the required solder film thickness while collecting enough solder to size It is desirable to optimize the ratio of runner radius to pad radius in order to . The runner width here refers to the width of the runner directly adjacent to the wide area pad. The width of the runner is the width of the runner, while the pad radius is the width of the pad measured parallel to the width of the runner. refers to the maximum dimension of This method is similar to the one commonly employed in circuit trace design. , is considered particularly suitable for use with runners having a width of less than about 500 microns. available. The radius of the runner is preferably about 50 to 150 microns. band's radiance, That is, the diameter of the circular pad is at least as large as the width of the adjacent runner. 1.2 times is effective in collecting enough solder to form a proper bump. It is fruitful. The width of the pad is preferably about 1.2 to 2.0 times the convergence of the runner.
図11を参照すると、また別の実施例では、プリント回路基板140は、正方形 パッド146を含み、これは半田合金を合流させてバンプを形成するための広い 面積を提供するのに適する。回路基板140は、エポキシ・ガラス基板142お よび端子セクション144を含み、端子セクション144は、パッド146、お よび正方形のパッドの一つの角まで伸びる隣接するランナ148を含む。端子パ ッドの形状を分かりやすく表すために、端子セクションは半田被膜とともに示す が、バンプを形成するためにリフローを行う前のものであるので、銅トレース、 および図8に示す端子と同様の薄い均一の半田層を含む。リフローの間に、半田 はランナ・セクションから端子パッドの上に集められて全体が半球形のバンプを 作る。Referring to FIG. 11, in yet another embodiment, printed circuit board 140 is square Includes a pad 146, which is a wide area for merging the solder alloy to form a bump. Suitable for providing area. The circuit board 140 includes an epoxy glass substrate 142 and and a terminal section 144, which includes a pad 146 and a terminal section 144. and an adjacent runner 148 extending to one corner of the square pad. terminal pad The terminal section is shown together with the solder coating to better illustrate the shape of the head. but before doing the reflow to form the bumps, the copper traces, and a thin uniform solder layer similar to the terminal shown in FIG. During reflow, solder are collected from the runner section onto the terminal pads to form a generally hemispherical bump. make.
さらに別の実施例である図12はプリント回路基板160を示し、これは、エポ キシ・ガラス基板168によって構成され、また本発明の実施に適する構成の端 子164も有する。端子164は、全体が長方形のバッド166と、バッド16 6の一つの辺から伸びる隣接するランナ・セクション162とによって構成され る。バッドの形状をより分かりやすく示すために、端子は、図8に示す端子と同 様、t%的デポジションの後でリフロー前の状態を示す。リフローの間に、半田 は隣接するランナから端子バッドに集められ、所望の丸く膨らんだバンプを作る 。Still another example, FIG. 12 shows a printed circuit board 160, which is made of epoxy The end of the structure constituted by xyglass substrate 168 and suitable for implementing the present invention. It also has a child 164. The terminal 164 has a rectangular pad 166 and a pad 166. an adjacent runner section 162 extending from one side of the runner section 6; Ru. To better illustrate the shape of the pad, the terminals are the same as those shown in Figure 8. Figure 3 shows the state before reflow after t% deposition. During reflow, solder are collected from adjacent runners onto the terminal pads to create the desired rounded bump. .
本発明の重要な特徴は、トレース上の半田合金の当初の薄い被膜から、リフロー の間にバンプを形成することである。銅は比較的コストが低く、電気信号を伝え るのに役立つ低抵抗を含め、有利な電気特性を有するので、トレース金属として 最も一般的に選択されるが、端子は、たとえば、ニッケルもしくは金を含めて、 半田濡れ性を有する表面を提供するどの適切な金属によっても形成でき、この金 属は誘電基板の上に直接施すか、または銅もしくは他の金属ベースの上に施して 、ベースと半田との間に中間層を提供してもよい。半田層は適切などの半田合金 によっても形成できる。通常の半田合金は、鉛、スズおよびインジウムから成る グループから選択したーないし複数の金属を主体に形成することができ、この中 には、重量百分率で約5パーセントのスズを含有する鉛ベースの合金、および同 じく約30パーセントの鉛を含有するインジウム・ベースの合金が含まれる。半 田は、約35から45パーセントの鉛を含有するneareutecticスズ /鉛合金によって構成されるのが望ましい。半田は電気メッキによってデポジシ ョンするのが望ましいが、スパッタリング、または半田金属の薄い層をトレース 上に施すのに適するいずれの方法で形成してもよい。An important feature of the invention is that from an initial thin coating of solder alloy on the traces to a reflow It is to form a bump in between. Copper is relatively low cost and can carry electrical signals. As a trace metal, it has advantageous electrical properties, including low resistance, which helps Most commonly chosen, terminals include, for example, nickel or gold. This gold can be formed from any suitable metal that provides a solderable surface. The metal can be applied directly onto a dielectric substrate or onto a copper or other metal base. , an intermediate layer may be provided between the base and the solder. The solder layer is suitable for solder alloy such as It can also be formed by Typical solder alloys consist of lead, tin and indium It can be formed mainly from one or more metals selected from the group, among which lead-based alloys containing about 5 percent tin by weight; Indium-based alloys containing approximately 30 percent lead are included. half The field is a nearreutectic tin containing about 35 to 45 percent lead. / Preferably made of lead alloy. Solder is deposited by electroplating. It is preferable to sputter or trace a thin layer of solder metal. It may be formed by any method suitable for application thereon.
図示した実施例において、薄い半田被膜のりフローはまた、ランナの上に残留被 膜も残した。バンプのサイズを最大にすべく充分な溶融合金を供給するため、半 田は充分な厚さでデポジションするのが望ましい。目的とする用途によっては、 ランナ上の残留被膜が、たとえば、保護コーティングを提供するなど、利点にな ることもある。他方、特定のトレース構成では、当初の半田デポジションを最小 限にして残留被膜を削減もしくは除去することが望ましい場合もある。厚さが2 5ミクロン未満の半田被膜は、バンプ形成のためのリング・リフロー(ring reflow)の間、充分な金属を提供する。当初の半田被膜の厚さは約10 から25ミクロンが望ましい。半田バンプの相互接続を形成するには、銅トレー ス表面を基準に測定した高さが少なくとも40ミクロンのバンプ(約60から8 0ミクロンが望ましい)を作ることが望ましい。In the illustrated embodiment, the thin solder film glue flow also leaves a residual film on the runner. The membrane was also left behind. In order to provide enough molten alloy to maximize the bump size, It is desirable to deposit the field with sufficient thickness. Depending on the intended use, Residual coating on the runner may provide benefits, e.g. by providing a protective coating. Sometimes. On the other hand, certain trace configurations can minimize initial solder deposition. In some cases, it may be desirable to reduce or eliminate residual coatings. thickness is 2 Solder films of less than 5 microns can be formed using ring reflow for bump formation. Provide sufficient metal during the reflow. The initial solder film thickness was approximately 10 to 25 microns is desirable. To form solder bump interconnections, use a copper tray. Bumps with a height of at least 40 microns (approximately 60 to 8 0 micron) is desirable.
本発明は一定の実施例に関して説明してきたが、上記の説明に限定することは意 図せず、寧ろ以下の請求の範囲に記載する範囲にのみ限定することを意図する。Although the invention has been described with respect to certain embodiments, it is not intended to be limited to the above description. It is not intended that the invention be limited, rather, to the extent set forth in the claims that follow.
排他的所有権もしくは特権が請求される本発明の実施例は、以下のように定める 。Embodiments of the invention for which exclusive ownership or privilege is claimed are set forth below. .
FIG、7 FIG、8 フロントページの続き (81)指定回 EP(AT、BE、CH,DE。FIG, 7 FIG, 8 Continuation of front page (81) Specified times EP (AT, BE, CH, DE.
DK、ES、FR,GB、GR,IE、IT、LU、MC,NL、 SE)、J P、 KR (72)発明者 ベツケンバウ、ウィリアム・エムアメリカ合衆国アメリカ合衆 国イリノイ州バーリントン、ビスツ・レーン78 (72)発明者 チョレウクジンスキー、ケニースアメリカ合衆国イリノイ州ス トリームウッド、ポスト・レーン806DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, SE), J P, KR (72) Inventor: Bethkenbaugh, William M. United States of America 78 Bisz Lane, Burlington, Illinois (72) Inventor Cholewczynski, Kennys, Illinois, USA 806 Post Lane, Treemwood
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